一種多優(yōu)先級多信道m(xù)ac協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通信組網(wǎng)方法，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載反饋的多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在執(zhí)行某些任務(wù)時(shí)需要低時(shí)延、分布式、自組織的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的能力要求，具有時(shí)間約束嚴(yán)格、信息交互質(zhì)量要求高、多任務(wù)協(xié)同并行的特性，因此對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息交互共享能力提出了很高的要求。為了滿足分布式、低時(shí)延、自組織的能力要求，一般采用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)。其中，MAC協(xié)議作為航空Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)研究內(nèi)容，主要解決多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間如何高效共享通信信道的問題，直接影響著系統(tǒng)的時(shí)效性、可靠性、系統(tǒng)吞吐量以及動(dòng)態(tài)組網(wǎng)能力。目前的典型的軍事航空通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，美軍Linkll數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂幂喸儥C(jī)制MAC協(xié)議，Link-16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂玫腡DMA協(xié)議，只有在預(yù)先規(guī)劃的輪詢時(shí)隙或分配時(shí)隙里才能通信，存在端到端時(shí)延大、可擴(kuò)展性和抗毀性差等缺點(diǎn)。Link22采用動(dòng)態(tài)TDMA機(jī)制，具有了一定的靈活性和擴(kuò)展性，信息傳輸共享的時(shí)延一般在秒級，難以滿足航空通信時(shí)敏性業(yè)務(wù)的毫秒級傳輸時(shí)延要求?；贑SMA機(jī)制的MAC協(xié)議，為解決隱藏終端和暴露終端的問題，一般要采用RTS/CTS控制幀進(jìn)行交互，在航空大尺度傳播時(shí)延比較大的情況下，很難滿足某些緊急業(yè)務(wù)的毫秒級時(shí)延要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載反饋的多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法，解決航空Ad hoc網(wǎng)絡(luò)區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級服務(wù)，且能為最尚優(yōu)先級業(yè)務(wù)提供嚴(yán)格的時(shí)效性和可靠性保障，同時(shí)解決隨機(jī)接入類MAC協(xié)議重負(fù)載時(shí)性能惡化的問題。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法，包含以下步驟:
[0006]步驟1:根據(jù)優(yōu)先級級別數(shù)k設(shè)置k條信道，將網(wǎng)絡(luò)層到達(dá)的業(yè)務(wù)分組數(shù)據(jù)按優(yōu)先級級別送入相應(yīng)信道的緩沖隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)；
[0007]步驟2:從緩沖隊(duì)列中取出分組數(shù)據(jù)，采用1/3效率的Turbo編碼對取出的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，將糾錯(cuò)編碼后的分組數(shù)據(jù)拆分為N個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包；其中每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包中包含分組序號和數(shù)據(jù)包序號的身份標(biāo)識信息；
[0008]步驟3:每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包在發(fā)送前，根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)包所處的優(yōu)先級級別和抖動(dòng)階段以及抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P來確定抖動(dòng)窗口的大小；
[0009]步驟4:突發(fā)數(shù)據(jù)包根據(jù)確定的抖動(dòng)窗口大小隨機(jī)選擇一個(gè)抖動(dòng)時(shí)間完成抖動(dòng)過程，在信道集中隨機(jī)選擇一個(gè)信道頻點(diǎn)發(fā)送；
[0010]步驟5:統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)信道上的突發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載進(jìn)行量化表示，作為抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P的設(shè)置依據(jù)。
[0011]依據(jù)上述特征，所述緩沖隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則為先入先出，若緩沖隊(duì)列滿，則直接丟棄分組數(shù)據(jù)。
[0012]依據(jù)上述特征，所述抖動(dòng)窗口大小的確定包含以下步驟:
[0013]a)將抖動(dòng)窗口大小分為m個(gè)等級階段，設(shè)第I個(gè)等級階段的抖動(dòng)窗口值Cwin最小，第m個(gè)等級階段的抖動(dòng)窗口值為m Cwin,最高優(yōu)先級的突發(fā)數(shù)據(jù)包只處在第I個(gè)等級階段，次最高優(yōu)先級的突發(fā)數(shù)據(jù)包處在第I個(gè)和第2個(gè)等級階段，第k個(gè)優(yōu)先級的突發(fā)數(shù)據(jù)包抖動(dòng)等級階段處在第I個(gè)至第k個(gè)等級階段，階段之間只能在相鄰階段之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移；
[0014]b)如果當(dāng)前待發(fā)突發(fā)數(shù)據(jù)包的抖動(dòng)階段小于突發(fā)數(shù)據(jù)包所屬優(yōu)先級的最大抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P后移一個(gè)抖動(dòng)階段，或者以1-抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P前移一個(gè)抖動(dòng)階段；
[0015]c)如果當(dāng)前待發(fā)突發(fā)數(shù)據(jù)包的抖動(dòng)階段等于突發(fā)數(shù)據(jù)包所屬優(yōu)先級的最小抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P后移一個(gè)抖動(dòng)階段，或者以1-抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P停留在當(dāng)前抖動(dòng)階段；
[0016]d)如果當(dāng)前待發(fā)突發(fā)數(shù)據(jù)包的抖動(dòng)階段等于突發(fā)數(shù)據(jù)包所屬優(yōu)先級的最大抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P停留在當(dāng)前抖動(dòng)階段，或者以1-抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P前移一個(gè)抖動(dòng)階段。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于提供實(shí)現(xiàn)多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法的系統(tǒng)，包含根據(jù)優(yōu)先級設(shè)置的k條信道、信道占用統(tǒng)計(jì)模塊、分組重組模塊，每個(gè)信道中包含F(xiàn)IFO排隊(duì)模塊、突發(fā)產(chǎn)生模塊、自適應(yīng)抖動(dòng)模塊。
[0018]所述FIFO排隊(duì)模塊用于為相應(yīng)優(yōu)先級的分組數(shù)據(jù)提供緩沖隊(duì)列；
[0019]突發(fā)產(chǎn)生模塊用于從緩沖隊(duì)列中取出分組數(shù)據(jù)，先對取出的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行1/3效率的Turbo糾錯(cuò)編碼，然后將糾錯(cuò)編碼后的分組數(shù)據(jù)等長拆分為若干個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包，在每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包中加入包含分組序號和數(shù)據(jù)包序號的身份標(biāo)識信息；
[0020]自適應(yīng)抖動(dòng)模塊用于對每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包在發(fā)送前，根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)包所處的優(yōu)先級級別和抖動(dòng)階段以及抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P來確定抖動(dòng)窗口的大小；在確定抖動(dòng)窗口大小后隨機(jī)選擇一個(gè)抖動(dòng)時(shí)間完成抖動(dòng)過程，然后從頻率庫中隨機(jī)選擇一個(gè)頻點(diǎn)通過發(fā)送機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)；
[0021]所述信道占用統(tǒng)計(jì)模塊用于統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)信道上的突發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，對信道忙閑程度進(jìn)行量化表示，將信道忙閑程度值反饋給各優(yōu)先級的自適應(yīng)抖動(dòng)模塊作為其抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率設(shè)置的依據(jù)。
[0022]所述分組重組模塊用于根據(jù)接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)包中身份標(biāo)識信息對突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼重組。
[0023]依據(jù)上述特征，所述FIFO排隊(duì)模塊按照先入先出的規(guī)則將分組數(shù)據(jù)存入緩沖隊(duì)列，若緩沖隊(duì)列滿，則直接丟棄分組數(shù)據(jù)。
[0024]依據(jù)上述特征，所述自適應(yīng)抖動(dòng)模塊通過維持著一張抖動(dòng)階段和計(jì)數(shù)器的二維狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來確定抖動(dòng)窗口的大小。
[0025]本發(fā)明作為航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議的一個(gè)重要算法，利用自適應(yīng)抖動(dòng)機(jī)制為各個(gè)優(yōu)先級設(shè)置不同最大抖動(dòng)階段為不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)提供了相應(yīng)的QoS保障，并通過信道占用統(tǒng)計(jì)模塊提供的自適應(yīng)轉(zhuǎn)移概率P的反饋調(diào)節(jié)作用，使協(xié)議具備業(yè)務(wù)負(fù)載自適應(yīng)能力，即輕負(fù)載時(shí)各優(yōu)先級業(yè)務(wù)均能高效、可靠的傳輸，重負(fù)載時(shí)以犧牲低優(yōu)先級業(yè)務(wù)通信質(zhì)量為代價(jià)，保證了高優(yōu)先級分組的低延時(shí)和高可靠，適合應(yīng)用于為不同業(yè)務(wù)優(yōu)級提供不同QoS，且對高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求很高的航空通信組網(wǎng)場合。
【附圖說明】
[0026]圖1是基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載反饋的多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議的框架；
[0027]圖2是MAC協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0028]圖3是自適應(yīng)抖動(dòng)算法抖動(dòng)階段和計(jì)數(shù)器的二維狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載反饋的多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議自適應(yīng)抖動(dòng)方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0031]步驟1:根據(jù)優(yōu)先級級別數(shù)k設(shè)置k條信道，將網(wǎng)絡(luò)層到達(dá)的業(yè)務(wù)分組數(shù)據(jù)按優(yōu)先級級別送入相應(yīng)信道的緩沖隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)；
[0032]步驟2:從緩沖隊(duì)列中取出分組數(shù)據(jù)，采用1/3效率的Turbo編碼對取出的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，將糾錯(cuò)編碼后的分組數(shù)據(jù)拆分為N個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包；其中每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包中包含分組序號和數(shù)據(jù)包序號的身份標(biāo)識信息；
[0033]步驟3:每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包在發(fā)送前，根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)包所處的優(yōu)先級級別和抖動(dòng)階段以及抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率P來確定抖動(dòng)窗口的大小。
[0034]為優(yōu)先保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和可靠性。抖動(dòng)窗口大小分為m個(gè)等級階段，第I個(gè)等級階段的抖動(dòng)窗口值Cwin最小，第m個(gè)等級階段的抖動(dòng)窗口值為m Cwin,最高優(yōu)先級業(yè)務(wù)突發(fā)只處在第I個(gè)等級階段，次最高優(yōu)先級業(yè)務(wù)突發(fā)可處在第I個(gè)和第2個(gè)等級階段，以此類推，第k個(gè)優(yōu)先級抖動(dòng)等級階段可處第I個(gè)至第k個(gè)等級階段，階段之間只能在相鄰階段之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，其抖動(dòng)階段轉(zhuǎn)移概率為P，該值由步驟5來計(jì)算確定。
[0035]圖2為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載反饋的多優(yōu)先級多信道MAC協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，各優(yōu)先級突發(fā)時(shí)延抖動(dòng)機(jī)制按照圖2的狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略獨(dú)立運(yùn)行。在發(fā)送突發(fā)狀態(tài)和空閑狀態(tài)后，如還有待發(fā)突發(fā)，則按以下規(guī)則執(zhí)行:
[0036](I)如果當(dāng)前抖動(dòng)階段小于該優(yōu)先級的最大抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以概率為P的幾率后移一個(gè)抖動(dòng)階段，或者以概率Ι-p的幾率前移一個(gè)抖動(dòng)階段，對應(yīng)的抖動(dòng)窗口增加一倍(后移)或者減少一倍(前移)。
[0037](2)如果當(dāng)前抖動(dòng)階段等于該優(yōu)先級的最小抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以概率為P的幾率后移一個(gè)抖動(dòng)階段，或者以概率Ι-p的幾率停留在當(dāng)前抖動(dòng)階段，對應(yīng)的抖動(dòng)窗口增加一倍(后移)或者保持不變(停留)。
[0038](3)如果當(dāng)前抖動(dòng)階段等于該優(yōu)先級的最大抖動(dòng)階段，則抖動(dòng)階段以概率為P的幾率停留在當(dāng)前抖動(dòng)階段，或者以概率Ι-p的幾率前移一個(gè)抖動(dòng)階段，對應(yīng)的抖動(dòng)窗